Что такое фильтры в автозвуке

Обновлено: 30.06.2024

Трёхполосные акустические системы, состоящие из трёх динамиков, являются самым удачным решением для высококачественного звуковоспроизведения. В них используются три типа звуковых головок. Они отличаются по размеру, конструктивным особенностям и полосе воспроизводимых частот. Для разделения всего частотного диапазона выдаваемого усилителем низкой частоты используются полосовые фильтры-кроссоверы. В них используются конденсаторы дроссели и, реже, резисторы.

Сделать своими руками фильтр для динамика НЧ очень просто.Основным элементом устройства является индуктивность или дроссель. Катушка включается последовательно с низкочастотным динамиком.

Фильтр для низкочастотного динамика

Фильтр нижних частот из дросселя и конденсатора большой ёмкости называется схемой Баттерворта второго порядка. Он обеспечивает спад частот выше частоты среза до 12 dBна октаву. Схема работает следующим образом. Индуктивность в LC контуре выполняет функцию переменного резистора. Его сопротивление прямо пропорционально частоте ивозрастает с увеличением диапазона. Поэтому высокие частоты практически не попадают на НЧ динамик. Такую же функцию выполняет и конденсатор. Его сопротивление обратно пропорционально частоте и он включается параллельно громкоговорителю.

Поскольку схема устройства должна хорошо пропускать низкие частоты и обрезать высокие, то конденсаторы такого устройства имеют большую ёмкость.Пассивный фильтр для динамика может быть выполнен по более сложной схеме. Если соединить две схемы Баттерворта последовательно, то получится устройство четвёртого порядка из двух индуктивностей и двух конденсаторов. Оно обеспечивает спад частотной характеристики низкочастотного громкоговорителя в 24 децибела на октаву.

Для того чтобы выровнять частотную характеристику и более точно согласовать схему Баттерворта и динамик, между катушкой индуктивности и конденсатором, включается резистор с небольшим сопротивлением. Для этой цели лучше использовать проволочные резисторы.

Фильтры для динамиков своими руками

Сделать фильтр для динамика совсем не сложно. Он состоит всего из двух элементов – конденсатора и катушки индуктивности. Рассчитать параметры радиоэлементов для пассивной схемы низкой частоты второго порядка проще всего на онлайн калькуляторе. Там можно задать желаемый уровень среза и сопротивление акустической головки. Программа выдаст требуемую ёмкость конденсатора и индуктивность катушки. Например, выбран уровень среза 150 Гц, а сопротивление динамика равно 4 Ом. Калькулятор выдаст следующие значения:

Ёмкость конденсатора – 187 мкф
Индуктивность катушки – 6,003 мГн

Катушка индуктивности на 6 мГн наматывается на оправке диаметром 1 см и длиной 6 см. Поскольку катушка не имеет магнитного сердечника в качестве бобины можно использовать цилиндр из любого материала, на который для удобства намотки, нужно сделать щёчки. Для намотки используется медный провод типа ПЭЛ диаметром 1 мм. Длина проволоки 84 метра. Намотку нужно делать виток к витку.

установка автозвука Киев, установка автомагнитолы Киев, шумоизоляция авто Киев

HPF (High Pass Filter)

-это такой фильтр в звуковой аппаратуре, который обрезает все звуковые частоты ниже частоты установки фильтра. На графике это выглядит так:

Включать этот фильтр нужно обязательно в том случае если вы подключили к усилителю акустику размером 10, 13 а иногда и 16 см. Для такой акустики необходимо убрать частоты ориентировочно ниже 100 Hz, 70 Hz, 50 Hz соответственно. Обрезают низкие частоты для того чтобы не перегружать акустику небольшого размера басами. От этой перегрузки мало того что портится качество звука, акустика может запросто выйти из строя. Настраивайте фильтр на слух, для каждой конкретной акустики и места её установки настройка может быть разной.

На большинстве усилителей этот фильтр включается переключателем вроде этого:

Т.е. вы можете включить либо фильтр HPF или фильтр LPF или вообще отключить фильтры. Также есть потенциометр выставляющий частоту (в данном случае 50-150 Hz хотя бывают настройки и пошире). В дорогих усилителях существует возможность включить одновременно и HPF и LPF фильтр, получив таким образом полосовой фильтр (Bandpass).

LPF (Low Pass Filter)

— фильтр, пропускающий звук ниже частоты настройки фильтра. Обычно такой фильтр используют при включении сабвуфера или мидбасовых динамиков. На графике это выглядит так:

Фильтр Bandpass (полосовой фильтр)

Полосовой фильтр — это когда включены оба фильтра — и HPF и LPF одновременно. Применяется к примеру при подключении среднечастотных динамиков в многополосных системах, таким образом вы подаете на динамик только те частоты с которыми он рассчитан работать, отделяя все лишнее.

Сетевые фильтры хорошо известны практически каждому обывателю своей функциональностью. Они позволяют устранить помехи от генератора и повысить защищенность любого электрообрудования от скачка напряжения. Автоэлектрика не является исключением и желательно должна быть подключена к бортовой системе через фильтрацию. Это помогает устранить помехозависимость оборудования в электросети.

Подключение фильтрации

Фильтр питания для автомагнитолы

Проблема не эффективности может быть связана с несовершенством электрической схемы автомобиля. При правильно выполненной бортовой электрике фильтрация может не понадобиться.

Выбор и приобретение оборудования

Проблема в том, что большинство автофильтров не соответствуют требованиям и слабо защищают от помех. В этом случае у вас есть два варианта, как убрать треск помимо капитального ремонта бортового питания:

Нужно сказать, что два варианта равноценны по результату, поэтому вы можете поступать по мере возможности и необходимости. Обладая нужными навыками, можно спаять необходимый элемент сети питания, не переплачивая лишние средства. Кроме того, это исключает ненужный процесс ожидания изделия, пока оно находится в дороге.

Особенности подключения

Фильтр питания

Далее выполняется соединение плюса и минуса:

После того, как вы сможете корректно подключить фильтр для магнитолы, музыку без помех можно слушать практически на любой скорости и при активно работающем генераторе.

Выбор между промышленным и самодельным вариантом

Готовый фильтр – тест

Схема фильтра

Это можно объяснить двумя причинами:

Самостоятельное изготовление

Собрать самостоятельно фильтр для магнитолы в автомобиль можно из следующих материалов:

провод с сечением 1,5 мм2 – 1 м * 2 шт.;
ферритовые кольца диаметром 45 мм – 2 шт.;
пленочные конденсаторы 0.01uF – 2 шт.;
электролитный конденсатор 4700uF.

Подобная комплектация перекрывает суммарные скачки напряжения питания до 25 В и выше, то есть этот выполненный фильтр для магнитолы своими руками полностью перекрывает возможные скачки в бортовой сети. Сделать его можно по инструкции без навыков.

К автомагнитоле в схему питания фильтрацию подключить можно аналогичным образом, как это описано выше. Как видно, сделать все можно самостоятельно с должным уровнем качества.

Автомобильный фильтр питания

Предложенный вариант хорош тем, что вы полностью контролируете качество инсталляции и изготовления изделия. Стоимость составляет около 100 рублей. Время, которое у вас займет эта манипуляция, не превышает 2 часов. В результате ваша автомагнитола станет не только помехоустойчивым устройством. Вы ее защитите от перепадов напряжения, которые возможны при подключении других девайсов и использовании входов не по назначению.

Например, использование прикуривателя может привести к выходу из строя медиасистемы. При рекомендованной цепи и высокой помехоустойчивости можно устанавливать в салон самую дорогую модель, не боясь выхода ее из строя.

Прикуриватель

Предлагаемая схема фильтрации может применяться не только в автомобильных системах, а в любых других устройствах в условиях подключения к некачественной системе энергоснабжения. Включение фильтрации напряжения в цепь поможет сохранить ваши предохранители.

Онлайн калькулятор акустических фильтров 1. 6-го порядков: нижних частот (ФНЧ) для
низкочастотных динамиков, фильтров верхних частот (ФВЧ) – для высокочастотных,
а также полосовых фильтров (ПФ) – для среднечастотных.
Расчёт согласующей цепи Цобеля и Г- образного аттенюатора для громкоговорителя.

В настоящее время практически все качественные акустические системы являются многополосными, т. е. состоящими из нескольких громкоговорителей, каждый из которых работает в своём, отведённом ему диапазоне частот. Для распределения энергии звукового сигнала между динамиками используют электрические разделительные фильтры (КРОССОВЕРЫ), в данном рассматриваемом случае - пассивные LC-фильтры, которые включаются между выходным разъёмом усилителя, обладающего близким к нулю выходным сопротивлением, и динамической головкой АС.
Надо отметить, что данные разделительные фильтры являются одним из важнейших компонентов акустических систем, определяя весомую часть необходимых электроакустических характеристик, а также качества и естественности звучания тракта.

Сколько полос иметь? На каких частотах делить звуковой частотный диапазон? Какого типа и какого порядка использовать разделительные фильтры в кроссоверах, а также - какими эти фильтры будут обладать характеристиками - вот вопросы, которые устойчиво стоят на повестке дня и требуют аккуратного и подробного обсуждения.

Краткая сравнительная характеристика разделительных фильтров акустических систем

Главным достоинством фильтров первого порядка является возможность одновременного достижения идеальной (плоской) АЧХ и идеальной (нулевой) ФЧХ. Недостаток фильтров первого порядка – слабые фильтрующие свойства

Любой фильтр второго, шестого, десятого и т.д. порядка обладает недостатком: при отсутствии переполюсовки динамиков АЧХ имеет провал, при переполюсовке возможны проблемы с импульсным откликом

Фильтры третьего порядка обеспечивают достаточно высокую степень разделения при все ещё приемлемых ФЧХ и ГВЗ. Наиболее перспективны в большинстве устройств. Переполюсовка одной из головок приводит к иным последствиям, чем у фильтров 2-го порядка: АЧХ не меняется, характер ГВЗ улучшается, звук – дело вкуса

Фильтры четвертого порядка применяются только в специальных случаях, когда по каким-то причинам требуется очень жесткое частотное разделение. ФЧХ и импульсные характеристики на грани допустимого. В отличие от фильтров второго порядка – не требуют переполюсовки

Используются чрезвычайно редко, например, при необходимости очень резкого ограничения полосы частот, подаваемых на низкочастотный динамик или сабвуфер. Переполюсовка просто вредна

Рис.1 Схемы односторонне нагруженных LC фильтров верхних и нижних частот

Для фильтров нижних частот - значения величин элементов, соответствующих: порядку фильтра, сопротивлению нагрузки Rн и частоте среза (разделения) Fср, рассчитываются по следующим формулам:
L_i= α_i*R_н/(2πF_ср) ; C_i= α_i/(2πF_ср*R_н) , где α_i - это справочные нормированные значения (коэффициенты) для каждого элемента ФНЧ, называемые значениями элементов фильтра-прототипа.

Для фильтров верхних частот - каждая индуктивность из схемы ФНЧ заменяется ёмкостью, ёмкость - индуктивностью, которые, исходя из тех же самых коэффициентов, рассчитываются по формулам:
C_i= 1/(2πF_ср*α_i*R_н) ; L_i= R_н/(2πF_ср*α_i) .

Оставим все многочисленные таблицы со значениями нормированных коэффициентов фильтров-прототипов для справочной литературы, а сами сразу перейдём к онлайн расчёту номиналов элементов кроссоверов.

КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ ФНЧ и ФВЧ LC- ФИЛЬТРОВ ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Для полосовых фильтров: каждый элемент-индуктивность из НЧ фильтра-прототипа заменяется на последовательный LC контур (Рис.2), элементы которого рассчитываются по следующим формулам:
L_i= α_i*R_н/[2π(F_в - F_н)] , где Fн и Fв – нижняя и верхняя частоты среза полосового фильтра, а
C_i= 1/(4π 2 *F_н*F_в*L_i) .
Каждый элемент-ёмкость из фильтра-прототипа нижних частот заменяется на параллельный LC контур, элементы которого рассчитываются по формулам:
C_i= α_i/[2π*R_н*(F_в - F_н)] ;
L_i= 1/(4π 2 *F_н*F_в*C_i) .

Рис.2 Схемы односторонне нагруженных LC полосовых фильтров

Разместим калькулятор расчёта элементов и для полосовых фильтров акустических систем.

КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ ПОЛОСОВЫХ LC- ФИЛЬТРОВ ДЛЯ АКУСТИКИ

При расчёте разделительных фильтров принимается допущение, что нагрузка (сопротивление динамика) - это величина чисто активная. Однако, учитывая то, что реальные громкоговорители обладают комплексным характером входного сопротивления, то для корректной работы фильтров могут потребоваться согласующие цепи, компенсирующие этот комплексный характер.
При проектировании кроссоверов - частоты среза фильтров всегда следует выбирать значительно выше резонансных частот громкоговорителей. Тогда для компенсации комплексного характера входного сопротивления громкоговорителя будет достаточно включения упрощённой согласующей цепи, называемой цепью Цобеля и представляющей собой простую цепочку из последовательно включённых сопротивления Rк и ёмкости Cк (Рис.3а).
Рэй Олден, автор одной из самых популярных книг по акустике, советует использовать следующие соотношения: R_к = 1,25*R_е ; С_к = L_е/R_е 2 , где Re и Le - это паспортные сопротивление и индуктивность динамика.

Рис.3 Согласующая цепь Цобеля и Г-образный аттенюатор для громкоговорителя

Также для уменьшения неравномерности суммарной АЧХ многополосной АС зачастую необходимо ослабить уровень каких-либо составляющих, как правило - среднечастотных либо высокочастотных. Это можно сделать с помощью Г-образных пассивных аттенюаторов, обеспечивающих заданный уровень ослабления N (дБ) (Рис.3б). Если задаться целью произвести ослабление без коррекции активного сопротивления громкоговорителя, то формулы для вычисления номиналов резисторов имеют следующий вид:
R1 ≈ R_e*(10 0,05N - 1)/10 0,05N ; R2 ≈ R_e/(10 0,05N - 1) .

Сдобрим пройденный материал калькуляторами.

КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ЦЕПИ ЦОБЕЛЯ ДЛЯ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ

КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ АТТЕНЮАТОРА ДЛЯ ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ

Следует отметить, что некоторые производители акустики игнорируют согласующие цепи, считая, что компенсация комплексной характеристики портит звучание системы на реальном музыкальном материале. В таких случаях неравномерность АЧХ тракта приходится устранять при помощи измерительной аппаратуры, кропотливо подбирая каждый из элементов звеньев фильтра.
В принципе - то же самое можно сделать и на симуляторе, подставив в качестве нагрузки фильтра эквивалентную электрическую схему громкоговорителя. Естественным образом - эта схема должна учитывать акустическое оформление динамика. А как создать такую схему - мы с вами подробно обсудили на странице ссылка на страницу.

Читайте также: